CAN總線與以太網(wǎng)嵌入式網(wǎng)關(guān)電路設(shè)計(jì)攻略 —電路圖天天讀（91）

　　提出一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線與以太網(wǎng)互聯(lián)方法，介紹以太網(wǎng)與CAN 現(xiàn)場(chǎng)總線之間協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，采用AT89C55 作為主處理器，通過兩個(gè)接口芯片實(shí)現(xiàn)CAN總線與以太網(wǎng)的互連，分別給出其硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)思想。

　　目前，對(duì)于CAN 和以太網(wǎng)相連的嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)主要有兩種方法：一種是低檔MCU 加接口芯片的設(shè)計(jì)方法，另一種是高檔MCU 加EOS（實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)）再加接口芯片的設(shè)計(jì)方法。因CAN 只采用了ISO／OSI 參考模型的一、二層，協(xié)議相對(duì)簡(jiǎn)單，比較適合用于低成本、速率要求不高的離散控制系統(tǒng)。從合理的成本和有效利用處理能力這兩方面考慮，該設(shè)計(jì)采用低檔MCU 加接口芯片的方法，其硬件框圖見圖。

　　主控芯片及以太網(wǎng)接口模塊

　　根據(jù)要求，該系統(tǒng)選擇了性能價(jià)格比較高的AT89C55 單片機(jī)。它是面向測(cè)控對(duì)象和嵌入式應(yīng)用的，所以它的體系結(jié)構(gòu)以及CPU、指令系統(tǒng)、外圍單元電路都是按照這種要求專門設(shè)計(jì)的。它內(nèi)部帶高達(dá)20 KB 的FLASH 程序存儲(chǔ)器，AT89C55 完全兼容8051 指令集，片上FLASH 方便了使用者進(jìn)行在線編程，工作速率最高可達(dá)33 MHz，256 B 的內(nèi)部RAM，32 個(gè)可編程的I／O口，3 個(gè)16 位的定時(shí)／計(jì)數(shù)器，8 個(gè)中斷源，支持低功耗的空閑工作模式。以太網(wǎng)接口選用的是RTL8019AS 芯片，它是一種高度集成的以太網(wǎng)控制器，能實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)媒介訪問層（MAC）和物理層（PHY）的全部功能。RTL8019AS 內(nèi)部有兩個(gè)RAM 區(qū)域：一是16 KB，地址為0x4000～0x7fff，要接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包必須通過DMA 讀寫RTL8019AS 內(nèi)部的16 KB 的RAM，它實(shí)際上是雙端口RAM，即有兩條總線與其連接，一條總線用于RTL8019AS讀／寫或?qū)懀x該RAM，即本地DMA；另一條總線用于單片機(jī)讀或?qū)懺揜AM，即遠(yuǎn)程DMA；二是32 個(gè)字節(jié)，地址為0x0000～0x001F，用于存儲(chǔ)以太網(wǎng)物理地址。主控芯片和以太網(wǎng)接口芯片的硬件接口原理圖見圖2。值得注意的是由于以太網(wǎng)的包最大可以超過1 500 個(gè)字節(jié)，AT89C55 的片內(nèi)RAM 只有256 個(gè)字節(jié)，因此無法存儲(chǔ)這么大的包，所以這里擴(kuò)展了一個(gè)32 KB 的外部RAM，這樣同時(shí)也能提高單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸速度。

　　圖2 以太網(wǎng)接口電路原理圖

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